物理层

物理层主要用于确定与传输媒体接口有关的一些特性。

• 机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
• 电气特性：接口电缆的各条线上出现的电压范围
• 功能特性：指明某一条线上出现的某一电平的电压意义，0代表低压，1代表高压
• 过程特性：规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤

一、数据通信

 

 

 

• 数据通信系统包括源系统（发送端）、传输系统（传输网络）和目的系统（接收端）。源系统包括源点和发送器，目的系统包括接收器和终点。
• 数据--运送数据的实体
• 信号--数据的电气/电磁的表现形式，分为模拟信号和数字信号
• 码元--时间间隔相同的符号表示一个二进制数字，此间隔内的信号为二进制码元，间隔称为码元长度
• 信道--一个方向传送消息的媒体，通信线路包含发送信息通道和接受信息通道
  • 单向通信（单工通信）：只要一个方向通信
  • 双向交替通信（半双工通信）：通信双方可发送消息，不能同时双方发送
  • 双向同时通信（全双工通信）：通信双方可同时接受或发送消息
• 基带信号：来自信源的信号，系带信号需要调制
  • 基带调制：仅仅对基带信号波形进行变换编码
  • 带通调制：使用载波把基带信号的频率范围搬迁到较高频段，转换成带通信号
• 常用的编码方式
  • 不归零制：正电平表示1，负电平表示0
  • 归零制：正脉冲表示1，负脉冲表示0
  • 曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变表示0，向下跳变表示1
  • 差分曼彻斯特编码：每一位的中心处始终有跳变，位开始边界有跳变为0，无跳变为1，抗干扰强

 

• 带通调制
  • 调幅AM：载波的振幅随基带数字信号变化
  • 调频FM：载波的频率随基带数字信号变化
  • 调相PM：载波的初始相位随基带数字信号变化

 

• 信道极限容量
  • 奈氏准则：在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决识别成为不可能
  • 信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比

信噪比（dB）=10log₁₀(S/N)

• • 香农公式： 信道的带宽或信道中的信噪比越大，信道的极限传输速率就越高。

C=Wlog₂(1+S/N)

C---信道的极限信息传输速率

W---信道带宽（Hz）

S---信道内所传信号的平均功率

N---信道内部的高斯噪声功率

二、传输媒体

• 导引型传输媒体
  • 双绞线：屏蔽双绞线STP、无屏蔽双绞线UTP
  • 同轴电缆
  • 光缆光纤
  • 网线：直通线实现主机、路由器到交换器或集线器的连接
    • 568B顺序：白橙1、橙2、白绿3、蓝4、白蓝5、绿6、白棕7、棕8
    • 568A顺序：白绿1、绿2、白橙3、蓝4、白蓝5、橙6、白棕7、棕8
  • 交叉电缆：用于交换机到交换机，集线器到集线器，主机到主机，集线器到交换机，路由器直连主机，568A与568B的12 线连36 线
• 非导引型传输媒体
  
  • 电磁波传输---无线传输
    
    • 短波通信
    • 微波通信：地面微波接力通信和卫星通信
• 物理层设备：集线器（将信号放大和重发，扩大网络的传输范围100m，工作在物理层）和交换机（工作在数据链路层）

三、信道复用技术

• 频分复用FDM： 用户在分配到一定频带后，通信过程中始终占用此频带，同样的时间占用不同的频率带宽资源
• 时分复用TDM：所有用户在不同时间占用同样的频带宽度
• 统计时分复用STDM：动态分配时隙供用户使用，提高了线路的利用率
• 波分复用WDM：光的频分复用
• 码分复用CDM：各用户采用不同码型可以在同一时间使用同样频带通信
• 宽带接入技术
  • xDSL:对模拟电话用户线进行改造，充分利用了用户线可通过的信号频率，其中0~4kHz低端频谱用于电话通信，高频用于用户上网
  • 非对称数字用户线ADSL技术：上行和下行带宽不对成

 

• • 光纤同轴混合网HFC
  • FTTx技术
    • 光纤到家 FTTH
    • 光纤到大楼FTTB
    • 光纤到路边 FTTC